EP0856578A1 - Compositions de nettoyage ou de séchage à base de 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5- décafluoropentane - Google Patents

Compositions de nettoyage ou de séchage à base de 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5- décafluoropentane Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to the field of fluorinated hydrocarbons and to more particularly for subject of new compositions usable for cleaning or dry solid surfaces.
  • 1,1,2-Trichloro-1,2,2-trifluoroethane (known in the trade under the designation F113) has been widely used in industry for cleaning and degreasing very diverse solid surfaces (metal parts, glass, plastics, composites).
  • F113 1,1,2-Trichloro-1,2,2-trifluoroethane
  • F113 has been widely used in industry for cleaning and degreasing very diverse solid surfaces (metal parts, glass, plastics, composites).
  • F113 1,1,2-Trichloro-1,2,2-trifluoroethane
  • F113 is most often combined with other organic solvents (for example example methanol), preferably in the form of azeotropic mixtures or quasi azeotropics which do not demix and which, when used at reflux, have appreciably the same composition in the vapor phase as in the liquid phase.
  • organic solvents for example example methanol
  • F113 is also used in drying operations or dewetting surfaces with hydrophobic surfactants.
  • F113-based compositions are now prohibited because F113 is one of the chlorofluorocarbons (CFCs) suspected of attacking or degrade stratospheric ozone.
  • CFCs chlorofluorocarbons
  • F113 can be replaced by 1,1-dichloro-1-fluoroethane (known as F141b), but the use of this substitute is already regulated because, although weak, its destructive effect on ozone is not zero.
  • F141b 1,1-dichloro-1-fluoroethane
  • the present invention proposes replace the compositions based on F113 or F141b with compositions azeotropics or quasi azeotropics based on 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-decafluoropentane.
  • This compound (known under the designation 43-10 mee) is completely free destructive to ozone.
  • compositions to be used according to the invention comprise by weight 10 to 90% from 43-10 mee, 10 to 90% of methylene chloride, and possibly 0 to 10% of methanol.
  • a particularly preferred binary composition according to the invention is that which comprises by weight 40 to 60% of 43-10 mee and 60 to 40% of methylene chloride. In this area, there is an azeotrope with a boiling point of 34.2 ° C at normal atmospheric pressure (1.013 bar).
  • a ternary composition according to the invention advantageously comprises, in weight, 30 to 69% of 43-10 mee, 69 to 30% of methylene chloride and 1 to 10% of methanol. More particularly preferred is a ternary composition containing 39 at 59% of 43-10 mee, 59 to 39% of methylene chloride and 2 to 8% of methanol. In this area, there is an azeotrope with a boiling point of 33.2 ° C at normal atmospheric pressure.
  • compositions according to the invention do not have a flash point in the standard determination conditions (ASTM D 3828) and therefore allow work safely.
  • the cleaning compositions based on 43-10 mee according to the invention can, if desired, be stabilized against hydrolysis and / or light metals and / or radical attacks likely to occur in the processes of cleaning, by adding a usual stabilizer such as, for example, nitroalkanes (nitromethane, nitroethane, nitropropane, ...), acetals (dimethoxymethane) and ethers (1,4-dioxane, 1,3-dioxolane), the proportion of stabilizer can range from 0.01 at 5% relative to the total weight of the composition.
  • a usual stabilizer such as, for example, nitroalkanes (nitromethane, nitroethane, nitropropane, ...), acetals (dimethoxymethane) and ethers (1,4-dioxane, 1,3-dioxolane)
  • the proportion of stabilizer can range from 0.01 at 5% relative to the total weight of the composition.
  • compositions according to the invention can be used in the same applications and according to the same techniques as the previous compositions based of F113 or F141b.
  • the binary azeotropic mixture is particularly well suited for the operations of drying or dewetting surfaces when a hydrophobic surfactant soluble in the composition is used.
  • a hydrophobic surfactant soluble in the composition comprising from 0.05 to 8% by weight of surfactant allows the complete elimination of water from the surfaces to be treated.
  • hydrophobic surfactants there may be mentioned more particularly the diamides of general formula: in which n is an integer ranging from 2 to 6 (preferably 3) and the symbols R, R 'and R ", identical or different, each represent a fatty aliphatic chain containing 12 to 30 carbon atoms, preferably 15 to 25.
  • This azeotrope used for cleaning solder flux or degreasing of mechanical parts, gives good results.
  • This azeotrope used for cleaning solder flux or degreasing of mechanical parts, gives good results.
  • Example 2 the above azeotropic composition can be stabilized with 0.5% dimethoxymethane.
  • test circuits (standardized model IPC-B-25) are coated with flux based rosin (flux R8F from the company ALPHAMETAL) and annealed in an oven at 220 ° C for 30 seconds.
  • flux based rosin flux R8F from the company ALPHAMETAL
  • circuits are cleaned using the azeotropic composition of Example 3, in a small ultrasonic machine for 3 minutes by immersion and 3 minutes in the vapor phase.
  • the cleaning is evaluated according to the standardized procedure IPC 2.3.26 using a precision conductivity meter.
  • the value obtained, 1.9 ⁇ g / cm 2 eq.NaCl, is much lower than the ionic impurity threshold tolerated by the profession (2.5 ⁇ g / cm 2 eq.NaCl).
  • 250 ml of a drying composition is prepared comprising by weight 99.8% of the binary mixture described in Example 1 and 0.2% of N, N'-dioleoyl-N-oleylpropylenediamine.
  • a stainless steel grid of dimensions 5 x 3 cm is soaked in water, then is immersed for 30 seconds in the drying composition by manual stirring.
  • Residual water measured by the KARL FISCHER method, indicates elimination 100% water.

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Abstract

Pour remplacer les compositions à base de CFC ou de HCFC dans les applications de nettoyage ou de séchage de surfaces solides (notamment défluxage), l'invention propose des compositions azéotropiques ou quasi azéotropiques à base de 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-décafluoropentane, de chlorure de méthylène et éventuellement de méthanol.

Description

La présente invention concerne le domaine des hydrocarbures fluorés et a plus particulièrement pour objet de nouvelles compositions utilisables pour nettoyer ou sécher des surfaces solides.
Le 1,1,2-trichloro-1,2,2-trifluoroéthane (connu dans le métier sous la désignation F113) a été largement utilisé dans l'industrie pour le nettoyage et le dégraissage de surfaces solides très diverses (pièces métalliques, verres, plastiques, composites). Outre son application en électronique au nettoyage des flux de soudure pour éliminer le flux décapant qui adhère aux circuits imprimés, on peut mentionner ses applications au dégraissage de pièces métalliques lourdes et au nettoyage de pièces mécaniques de haute qualité et de grande précision comme, par exemple, les gyroscopes et le matériel militaire, aérospatial ou médical. Dans ses diverses applications, le F113 est le plus souvent associé à d'autres solvants organiques (par exemple le méthanol), de préférence sous forme de mélanges azéotropiques ou quasi azéotropiques qui ne démixent pas et qui, employés au reflux, ont sensiblement la même composition dans la phase vapeur que dans la phase liquide.
Le F113 est également utilisé dans les opérations de séchage ou démouillage de surfaces au moyen d'agents tensio-actifs hydrophobes.
Cependant, l'emploi de compositions à base de F113 est maintenant interdit car le F113 fait partie des chlorofluorocarbures (CFC) suspectés d'attaquer ou de dégrader l'ozone stratosphérique.
Dans ces diverses applications, le F113 peut être remplacé par le 1,1-dichloro-1-fluoroéthane (connu sous la désignation F141b), mais l'utilisation de ce substitut est déjà réglementée car, bien que faible, son effet destructeur vis-à-vis de l'ozone n'est pas nul.
Pour contribuer à résoudre ce problème, la présente invention propose de remplacer les compositions à base de F113 ou de F141b par des compositions azéotropiques ou quasi azéotropiques à base de 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-décafluoropentane. Ce composé (connu sous la désignation 43-10 mee) est totalement dépourvu d'effet destructeur vis-à-vis de l'ozone.
Les compositions à utiliser selon l'invention comprennent en poids 10 à 90 % de 43-10 mee, 10 à 90 % de chlorure de méthylène, et éventuellement 0 à 10 % de méthanol.
Une composition binaire particulièrement préférée selon l'invention est celle qui comprend en poids 40 à 60 % de 43-10 mee et 60 à 40 % de chlorure de méthylène. Dans ce domaine, il existe un azéotrope dont la température d'ébullition est de 34,2°C à la pression atmosphérique normale (1,013 bar).
Une composition ternaire selon l'invention comprend avantageusement, en poids, 30 à 69 % de 43-10 mee, 69 à 30 % de chlorure de méthylène et 1 à 10 % de méthanol. Est plus particulièrement préférée une composition ternaire contenant 39 à 59 % de 43-10 mee, 59 à 39 % de chlorure de méthylène et 2 à 8 % de méthanol. Dans ce domaine, il existe un azéotrope dont la température d'ébullition est de 33,2°C à la pression atmosphérique normale.
Les compositions selon l'invention ne présentent pas de point éclair dans les conditions standard de détermination (norme ASTM D 3828) et permettent donc de travailler en toute sécurité.
Comme dans les compositions de nettoyage connues à base de F113 ou de F141b, les compositions de nettoyage à base de 43-10 mee selon l'invention peuvent, si on le désire, être stabilisées contre l'hydrolyse et/ou les métaux légers et/ou les attaques radicalaires susceptibles de survenir dans les processus de nettoyage, en y ajoutant un stabilisant usuel tel que, par exemple, les nitroalcanes (nitrométhane, nitroéthane, nitropropane,...), les acétals (diméthoxyméthane) et les éthers (1,4-dioxane, 1,3-dioxolane), la proportion de stabilisant pouvant aller de 0,01 à 5 % par rapport au poids total de la composition. Comme stabilisant, on préfère utiliser la diméthoxyméthane dont le point d'ébullition est proche de celui des compositions azéotropiques selon l'invention ; de ce fait, ce stabilisant suit parfaitement le cycle du solvant, ce qui est particulièrement intéressant dans les applications de nettoyage.
Les compositions selon l'invention peuvent être utilisées dans les mêmes applications et selon les mêmes techniques que les compositions antérieures à base de F113 ou de F141b.
Le mélange azéotropique binaire est particulièrement bien approprié pour les opérations de séchage ou de démouillage de surfaces lorsque l'on utilise un agent tensio actif hydrophobe soluble dans la composition. Un tel type de composition comprenant de 0,05 à 8 % en poids d'agent tensio-actif permet l'élimination complète de l'eau des surfaces à traiter. Comme exemples d'agents tensio-actifs hydrophobes, on peut mentionner plus particulièrement les diamides de formule générale :
Figure 00020001
dans laquelle n est un nombre entier allant de 2 à 6 (de préférence 3) et les symboles R, R' et R", identiques ou différents, représentent chacun une chaíne aliphatique grasse contenant 12 à 30 atomes de carbone, de préférence 15 à 25.
Les exemples suivants illustrent l'invention sans la limiter.
EXEMPLE 1:
Dans le bouilleur d'une colonne à distiller (30 plateaux), on introduit 100 g de 43-10 mee et 100 g de chlorure de méthylène CM2). Le mélange est ensuite mis à reflux total pendant une heure pour amener le système à l'équilibre.
Au palier de température, on recueille une fraction d'environ 50 g et on procède à son analyse par chromatographie en phase gazeuse.
L'examen des résultats, consignés dans le tableau suivant, indique la présence d'un azéotrope 43-10 mee/CM2 puisque la fraction recueillie a la même composition que le mélange initial. ll s'agit d'un azéotrope positif puisque son point d'ébullition est inférieur à celui du 43-10 mee (55°C) et à celui du CM2 (40°C).
Figure 00030001
Cet azéotrope, employé pour le nettoyage de flux de soudure ou en dégraissage de pièces mécaniques, donne de bons résultats.
EXEMPLE 2 : Composition stabilisée au diméthoxyméthane (méthylal)
Dans une petite cuve de nettoyage à ultrasons, on introduit 150 g d'un mélange contenant en poids 49,7 % de 43-10 mee, 49,8 % de CM2 et 0,5 % de méthylal comme stabilisant. Après avoir mis le système à reflux pendant une heure, on prélève un aliquot de la phase vapeur. Son analyse, par chromatographie en phase gazeuse, montre la présence de méthylal, ce qui indique que le mélange est stabilisé dans la phase vapeur.
Figure 00030002
EXEMPLE 3 a) Mise en évidence d'un azéotrope43-10 mee/CM2/méthanol
Dans le bouilleur d'une colonne à distiller (30 plateaux), on introduit 100 g de 43-10 mee, 100 g de CM2 et 50 g de méthanol. Le mélange est ensuite mis à reflux total pendant une heure pour amener le système à l'équilibre. Au palier de température, on recueille une fraction d'environ 50 g et on procède à son analyse par chromatographie en phase gazeuse.
L'examen des résultats consignés dans le tableau ci-dessous indique la présence d'une composition azéotropique.
Figure 00040001
b) Vérification de la composition azéotropique
Dans le bouilleur d'une colonne à distiller adiabatique (30 plateaux), on introduit 200 g d'un mélange comprenant 48,5 % de 43-10 mee, 48,5 % de CM2 et 3 % de méthanol. Le mélange est ensuite porté à reflux pendant une heure pour amener le système à l'équilibre, puis on soutire une fraction d'environ 50 g et on procède à son analyse par chromatographie en phase gazeuse.
Les résultats consignés dans le tableau suivant montrent la présence d'un azéotrope positif puisque son point d'ébullition est inférieur à ceux de ses trois composante.
Figure 00040002
Cet azéotrope, employé pour le nettoyage de flux de soudure ou en dégraissage de pièces mécaniques, donne de bons résultats.
Comme dans l'exemple 2, la composition azéotropique ci-dessus peut être stabilisée avec 0,5 % de diméthoxyméthane.
EXEMPLE 4 : Nettoyage de flux de soudure
Cinq circuits tests (modèle normalisé IPC-B-25) sont enduits de flux à base de colophane (flux R8F de la Société ALPHAMETAL) et recuits dans une étuve à 220°C pendant 30 secondes.
Ces circuits sont nettoyés à l'aide de la composition azéotropique de l'exemple 3, dans une petite machine à ultrasons pendant 3 minutes par immersion et 3 minutes en phase vapeur.
Le nettoyage est évalué selon la procédure normalisée IPC 2.3.26 à l'aide d'un conductimètre de précision. La valeur obtenue, 1,9 µg/cm2 éq.NaCl, est très inférieure au seuil d'impuretés ioniques toléré par la profession (2,5 µg/cm2 éq.NaCl).
EXEMPLE 5 : Séchage
On prépare 250 ml d'une composition de séchage comprenant en poids 99,8 % du mélange binaire décrit dans l'exemple 1 et 0,2 % de N,N'-dioléoyl-N-oléylpropylènediamine.
Une grille inox de dimensions 5 x 3 cm est trempée dans de l'eau, puis est immergée pendant 30 secondes dans la composition de séchage en agitant manuellement.
L'eau résiduelle, dosée par la méthode de KARL FISCHER, indique l'élimination de l'eau à 100 %.

Claims (10)

  1. Composition azéotropique ou quasi azéotropique constituée de, en poids, 10 à 90 % de 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-décafluoropentane, 10 à 90 % de chlorure de méthylène, et 0 à 10 % de méthanol.
  2. Composition selon la revendication 1 constituée par un mélange binaire de 40 à 60 % de 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-décafluoropentane et 60 à 40 % de chlorure de méthylène.
  3. Composition selon la revendication 2 sous forme d'azéotrope bouillant à 34,2°C à la pression normale.
  4. Composition selon la revendication 1 constituée par un mélange ternaire de 30 à 69 % (de préférence 39 à 59 %) de 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-décafluoropentane, 69 à 30 % (de préférence 59 à 39 %) de chlorure de méthylène et 1 à 10 % (de préférence 2 à 8 %) de méthanol.
  5. Composition selon la revendication 4 sous forme d'azéotrope bouillant à 33,2°C à la pression normale.
  6. Composition selon l'une des revendications 1 à 5 comprenant en outre au moins un stabilisant, de préférence le diméthoxyméthane.
  7. Composition selon l'une des revendications 1 à 5 comprenant en outre au moins un agent tensio-actif hydrophobe.
  8. Composition selon la revendication 7 dans laquelle la proportion pondérale d'agent tensio-actif est compris entre 0,05 et 8 %.
  9. Application d'une composition selon l'une des revendications 1 à 6 au nettoyage des surfaces solides, en particulier au défluxage des circuits imprimés et au dégraissage des pièces mécaniques.
  10. Application d'une composition selon la revendication 7 ou 8 au séchage ou démouillage de surfaces solides.
EP98400171A 1997-02-04 1998-01-28 Compositions de nettoyage ou de séchage à base de 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5- décafluoropentane Expired - Lifetime EP0856578B1 (fr)

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